電子信息工程畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機的十位數(shù)字密碼鎖電路設(shè)計

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 十位數(shù)字密碼鎖電路 學院(部) 電子信息工程學院 專 業(yè) 電子信息工程 學生姓名 學 號 級 2007級 指導(dǎo)教師 2011年 6 月 6 日十位數(shù)字密碼鎖電路摘要：隨著電子技術(shù)和計算機術(shù)的飛速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，各種各樣的智能化、微型化的電子產(chǎn)品已廣泛地應(yīng)用于日常生活的各個領(lǐng)域，電子密碼鎖就是這樣一個為實現(xiàn)防盜而誕生的電子產(chǎn)品，它安全性更高，使用方便靈活，其性能遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的機械鎖，能更好的滿足人們的需要。單片機廣泛應(yīng)用于生活生產(chǎn)中的各個自動控制領(lǐng)域，單片機的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的小型化、智能化、多功能化，有助于提高效率，提高質(zhì)量，減少能源材料消耗，保證安全等，

2、是微控技術(shù)的發(fā)展和體現(xiàn)。本文從經(jīng)濟實用的角度出發(fā)，從加深對單片機理論的理解和熟練電子設(shè)計過程的角度出發(fā)，采用intel公司的8051ah單片機為主控芯片加上鍵盤輸入電路和由邏輯元器件、發(fā)光二極管等電子元件組成的簡單外圍電路，用匯編語言編寫單片機控制程序，設(shè)計了一款可以更改密碼具有錯誤警報提示的十位數(shù)字密碼鎖。經(jīng)實驗證明，該密碼鎖具有設(shè)計合理，簡單易行，成本低，安全實用等特點，適合居家住宅、辦公用鎖等要求，具有較高實用價值。也是單片機產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用的一種體現(xiàn)。關(guān)鍵詞：電子密碼鎖；單片機；矩陣鍵盤；液晶顯示器。ten-digit code lock circuitabstract：as elect

3、ronic technology and the rapid development of computer technique and the continuous improvement of living standards, a variety of intelligent, miniaturized electronic products have been widely used in all areas of daily life, electronic locks is to achieve a the birth of the electronic security prod

4、ucts, it is more secure, easy to use and flexible, its performance is far superior to traditional mechanical locks, to better meet peoples needs. scm is widely used in the production of life in all areas of automatic control, microcontroller applications, facilitating product miniaturization, intell

5、igent, multi-function, which contributes to increase efficiency, improve quality, reduce energy consumption of materials, ensuring safety, is a micro- control technology development and expression. from the economical point of view, from the theory to deepen understanding of scm and skilled electron

6、ic design process point of view, the use of intel 8051ah microcontroller for the companys main chip with keyboard input circuit and by the logic components, light emitting diodes and other electronic components the simple external circuit, microcontroller assembly language program, designed a false

7、alarm can be prompted to change your password with the ten-digit combination lock. the experiment proved that the locks with reasonable design, simple, low cost, safe and practical features, suitable for home residential, office locks, etc., with high practical value. product development and applica

8、tion of scm is a reflection.key words：electronic cipher lock；mcu；matrix keyboard；lcd monitor.目錄緒論 1第1章 系統(tǒng)設(shè)計方案選擇21.1 系統(tǒng)設(shè)計方案21.2 設(shè)計方案選擇2第2章 單片機概述32.1 單片機的基本概念3 2.2 單片機的主要特點及應(yīng)用32.3 8051芯片介紹5 2.3.1 51單片機簡介5 2.3.2 51單片機的基本組成及引腳相關(guān)功能5 2.3.3 51單片機存儲器及中斷系統(tǒng)6第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計83.1 系統(tǒng)總體設(shè)計原理83.2 鍵盤電路93.3 開鎖電路103.4 顯示電路1

9、23.5 硬件設(shè)計原理圖14第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計164.1 主程序164.2 密碼刪除和密碼修改程序174.3 鍵盤掃描和按鍵識別程序184.4 密碼比較和顯示程序19第5章 調(diào)試仿真205.1 用keil軟件進行編譯連接205.2 用proteus軟件進行仿真21結(jié)論26致謝27參考文獻28附錄 匯編語言程序29緒論在生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域中，越來越多小型化、智能化、多功能化的電子產(chǎn)品的出現(xiàn)，電子密碼鎖就是一個服務(wù)于人們生活中很常見的小型智能化電子產(chǎn)品。電子密碼鎖是通過輸入正確的秘密來控制電路或者芯片工作，從而控制機械開關(guān)完成開鎖的電子產(chǎn)品。目前的電子密碼鎖產(chǎn)品中，它的種類很多，有簡易電路的產(chǎn)

10、品，也有基于芯片控制的性價比高的產(chǎn)品。現(xiàn)在計算機技術(shù)如此發(fā)達，大多電子密碼鎖也廣泛以芯片為核心，通過編程來實現(xiàn)各種各樣的功能。電子密碼鎖的性能和安全性都大大優(yōu)于傳統(tǒng)機械鎖，主要有以下幾個特點：1） 保密性好，密碼越長保密性更高，隨機開鎖幾率幾乎為零，不像傳統(tǒng)機械鎖可能被鑰匙以外的東西打開。2） 密碼可變，用戶可以隨時改變密碼，大大提高了安全性。防止密碼被盜和不同人員使用。3） 電子密碼鎖輕巧方便不同于機械鎖的磨損等使用弊端，因此壽命更長。4） 使用靈活性好，不像機械鎖需要佩帶鑰匙，大大提高效率和使用方便性。5） 電子密碼鎖簡單易用，操作方便。6） 電子密碼鎖使用程序來實現(xiàn)功能，還可以很方便的針

11、對不同需要進行有針對性的改變，發(fā)展?jié)摿Υ?，?yīng)用領(lǐng)域廣。在日常生活和工作中，住宅和單位的安全防范、單位文件、個人資料等重要東西大多用加鎖的方法來解決其安全問題。門鎖主要用彈子鎖，鑰匙容易遺失且不方便，保險箱用的機械密碼鎖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對制作要求精度很高，成本高而且易出現(xiàn)故障。針對這些使用機械鑰匙開鎖的鎖具的不便，為滿足人們要求，增加安全性，電子密碼鎖應(yīng)運而生。它可以為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鲙砗艽蠓奖?，有廣闊的使用和發(fā)展前景。并且隨著電子技術(shù)和電子元件的不斷發(fā)展，電子密碼鎖也出現(xiàn)了很多種類，功能不斷完善和強大，使用更加方便，安全保密性更強。比如由密碼輸入加電子感應(yīng)元件的密碼鎖，只有其中一樣是不能打開鎖的

12、，這樣實現(xiàn)了雙層加密，保密性能更強。隨著電子元件、電子技術(shù)的發(fā)展，各種各樣的電子密碼鎖相應(yīng)出現(xiàn)而滿足各種使用需求。有許多安全兼以方便的電子密碼鎖已經(jīng)出現(xiàn)在生活中，比如針對有效卡、指紋、聲音等的電子密碼鎖，這些密碼鎖可以用于安全性要求高的個人使用的箱、柜、房間等。由于數(shù)字、字符、圖形圖像、人體生物特征和時間等因素均可以成為電子信息，這些信息可以單獨作為密碼使用與密碼鎖，也可以組合使用作為密碼而獲得高度的安全性和保密性，組合使用這些信息能夠使電子密碼鎖的安全性能獲得無窮擴展，是產(chǎn)品多元化，更好地應(yīng)用于各個方面。相信使用各種電子信息作為密碼是電子密碼鎖的發(fā)展趨勢?？v觀我們生活的各個領(lǐng)域，凡有自動控制

13、有智能化的地方都會有單片機的身影，單片機的應(yīng)用有廣大的空間。因為單片機的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的小型化、智能化、簡單化、多功能化，有助于提高勞動效率，減輕勞動強度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動環(huán)境，減少能源和材料的消耗，保證安全等。在計算機技術(shù)廣泛應(yīng)用的今天，可以看到，單片機的應(yīng)用的意義絕不僅限于它的廣闊范圍以及帶來的經(jīng)濟效益，更重要的意義在于單片機的應(yīng)用從根本上改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計思想和設(shè)計方法，把必須有模擬電路和數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能變成使用單片機通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)了。這就是微控制技術(shù)，這是現(xiàn)在也是以后控制技術(shù)的發(fā)展方向。本文從經(jīng)濟實用的角度出發(fā)，從加深對單片機理論的理解和熟練電子設(shè)計過程的角度出發(fā)

14、，采用intel公司的8051ah單片機為主控芯片加上鍵盤輸入電路和由邏輯元器件、發(fā)光二極管等電子元件組成的簡單外圍電路，用匯編語言編寫單片機控制程序，設(shè)計一款可以更改密碼具有錯誤警報提示的十位數(shù)字密碼鎖。該密碼鎖具有設(shè)計合理，簡單易行，成本低，安全實用等特點，適合居家住宅、辦公用鎖等要求，具有較高實用價值。產(chǎn)品體積小，成本低，而且容易升級改善。第1章 設(shè)計總體方案選擇1.1 系統(tǒng)設(shè)計方案 利用所學的電子技術(shù)知識和電子設(shè)計方法，設(shè)計出一個電子密碼鎖有以下兩種基本方案可以選擇：方案一：利用數(shù)字邏輯電路，運用各種門電路，計數(shù)器，觸發(fā)器，鎖存器，編/譯碼器等數(shù)字邏輯器件實現(xiàn)電子控制。從而實現(xiàn)想要設(shè)計

15、的電子密碼鎖的功能。此方法設(shè)計簡單，但硬件電路比較多，操作起來比較復(fù)雜。方案二：使用mcs-51系列單片機為核心控制附加一些簡單的外圍電路，利用單片機的一個i/o端口組成44鍵盤作為輸入電路，采用匯編語言編寫程序來實現(xiàn)電子密碼鎖的各項功能，程序語言功能強大，調(diào)試較為簡單。具有很強的實用性。1.2 設(shè)計方案選擇綜上提出的兩種方案，方案一給出的采用數(shù)字邏輯電路的設(shè)計方法的好處就是設(shè)計簡單，因為采用數(shù)字邏輯電路可以分成各個功能模塊來設(shè)計，每個模塊實現(xiàn)各自的一個功能。這鐘方法設(shè)計的密碼鎖電路大致包含：按鍵輸入、密碼核對、密碼修改、開鎖電路、錯誤提示電路等功能模塊。采用數(shù)字電路雖然設(shè)計簡單但是操作繁瑣，

16、要運用很多數(shù)字邏輯器件，硬件電路復(fù)雜，而且可能會出現(xiàn)較多器件故障，同時難以檢查和維護。方案二提出的使用單片機為核心控制的方案，利用單片機豐富的i/o端口和靈活的編程設(shè)計，不但能實現(xiàn)密碼鎖的功能，而且控制準確性高，外圍電路少硬件電路簡單，方便靈活，調(diào)試簡單不易出錯，體積小成本低也利于現(xiàn)實中實現(xiàn)，具有較高的實際意義和實用價值。這個設(shè)計方案的最關(guān)鍵的地方就在于編程，利用程序的執(zhí)行來實現(xiàn)密碼鎖的基本功能，因此單片機方案還有較大活動空間，能在很大程度上擴展功能，方便對系統(tǒng)進行升級。綜上所訴，通過比較兩種方案，本次設(shè)計擬采用以intel公司的8051單片機為核心的單片機控制方案，利用單片機豐富的i/o端口

17、和靈活的編程設(shè)計及其控制的準確性，實現(xiàn)基本密碼鎖功能。設(shè)計方框圖如圖1-1：開鎖控制電路8051單片機復(fù)位時鐘電路44矩陣鍵盤輸入錯誤提示顯示圖1-1 單片機控制方案第2章 單片機概述2.1 單片機的基本概念單片機是把微型計算機中的微處理器、存儲器、i/o接口、定時器/計數(shù)器、串行接口、中斷系統(tǒng)等電路集成到一片集成電路芯片上形成的微型計算機。因而被稱為單片微型計算機，簡稱為單片機。單片機屬于微型計算機的一種，它集成了微型計算機中的大部分功能部件，工作的基本原理一樣，但具體結(jié)構(gòu)和處理方法不同。我們知道，微型計算機由微處理器cpu、存儲器、i/o接口三大部分通過總線有機連接而成，各種外部設(shè)備通過i

18、/o接口與微型計算機鏈接。各個功能部件分開，功能強大。單片機是應(yīng)測控領(lǐng)域的需要而誕生的，用以實現(xiàn)各種測試和控制。它的組成結(jié)構(gòu)既包含通用微型計算機中的基本組成部分，又增加了具有實施測控功能的一些部件。在主芯片上集成了大部分功能部件，另外，可在外部擴展a/d轉(zhuǎn)換器、d/a轉(zhuǎn)換器、脈沖調(diào)制器等用于測控的部件，現(xiàn)在一部分單片機已經(jīng)把a/d、d/a轉(zhuǎn)換器及hso、his等外設(shè)集成在單片機中以增強處理能力。單片機按照用途可分為通用型和專用型兩大類。（1）通用型單片機的內(nèi)部資源豐富，性能全面，適應(yīng)能力強。用戶可以根據(jù)需要設(shè)計各種不同的應(yīng)用系統(tǒng)。（2）專用型單片機是針對各種特殊場合專門設(shè)計的芯片。這種單片機的

19、針對性強，設(shè)計時根據(jù)需要來設(shè)計部件。因此，他能實現(xiàn)系統(tǒng)的最簡化和資源的最優(yōu)化，可靠性高、成本低、在應(yīng)用中有很明顯的優(yōu)勢。 2.2 單片機的主要特點及應(yīng)用 單片機的基本組成和基本工作原理與一般微型計算機相同，但在具體結(jié)構(gòu)和處理過程上又有自己的特點，其主要特點如下。（1）在存儲器結(jié)構(gòu)上，單片機的存儲器采用哈佛結(jié)構(gòu) rom和ram是嚴格分開的。rom稱為程序存儲器，只存放程序、固定常數(shù)和數(shù)據(jù)表格。ram則為數(shù)據(jù)存儲器，用作工作區(qū)及存放數(shù)據(jù)。兩者的訪問方式也不同，即使用不同的尋址方式，通過不同的地址指針訪問。程序存儲器的存儲空間較大，數(shù)據(jù)存儲器的存儲空間小，這樣主要是考慮單片機用于控制系統(tǒng)中的特點。程

20、序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器又有片內(nèi)和片外之分，而且訪問方式也不相同。所以，單片機的存儲器在操作時可分為片內(nèi)程序存儲器、片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。（2）在芯片引腳上，大部分采用分時復(fù)用技術(shù) 單片機芯片內(nèi)基礎(chǔ)了較多的功能部件，需要的引腳信號較多。但由于工藝和應(yīng)用場合的限制，芯片上的引腳數(shù)目又不能太多。為解決實際的引腳數(shù)和需要的引腳數(shù)之間的矛盾，一根引腳往往涉及了兩個或多個功能。每條引腳在當前起什么作用，由指令和當前機器狀態(tài)來決定。（3）在內(nèi)部資源的訪問上，采用特殊功能寄存器（sfr）的形式 單片機中集成了微型計算機的微處理器、存儲器、i/o接口、定時器/計數(shù)器、串行接口、中斷系統(tǒng)等

21、電路。用戶對這些資源的訪問是通過對對應(yīng)的特殊功能寄存器（sfr）進行訪問來實現(xiàn)的。（4）在指令系統(tǒng)上，采用面向控制的指令系統(tǒng) 為了滿足控制系統(tǒng)的要求，單片機有很強的邏輯控制能力。在單片機內(nèi)部一般都設(shè)置有一個獨立的位處理器，又稱為布爾處理器，專門用于位運算。（5）內(nèi)部一般都集成一個全雙工的串行接口 通過這個串行接口可以很方便地和其他外設(shè)進行通信，也可以與另外的單片機或微型計算機通信，組成計算機分布式控制系統(tǒng)。（6）單片機有很強的外部擴展能力 在內(nèi)部的各功能部件不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)要求時，單片機可以很方便地在外部擴展各種電路，它能與許多通用的微機接口芯片兼容。目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很

22、難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能ic卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機械了。因此，單片機的學習、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控制的科學家、工程師。 單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇： （1）在智能儀器儀表上的應(yīng)用 單片機具有體積小、功耗低、控制

23、功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。 （2）在工業(yè)控制中的應(yīng)用 用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。 （3）家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空

24、調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。 （4）在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。 （5）單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。 （6）在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用 某些專用單片機設(shè)計

25、用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂集成單片機，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機的原理），就需要復(fù)雜的類似于計算機的原理。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于rom），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。 在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極大地縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便于更換。 （7）單片機在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機控制器，基于can總線的汽車發(fā)動機智能電子控制器，gps導(dǎo)航系統(tǒng)，abs防抱死系統(tǒng)，制動系統(tǒng)等等。 此外，單片機在工商，

26、金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。2.3 8051芯片介紹2.3.1 51單片機簡介8051單片機是美國intel公司的mcs-51系列單片機中的一種高性能8位單片機。mcs51系列單片機包含51和52兩個子系列，對于51子系列，主要有8031、8051、8751三種機型，它們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全兼容，僅片內(nèi)程序存儲器有所不同，8031芯片不帶rom，8051芯片帶4kb的rom，8751芯片帶4kb的eprom。51子系列單片機的主要特點如下：（1） 一個8位cpu。（2） 片內(nèi)帶振蕩器，頻率范圍1.2mhz12mhz。（3） 片內(nèi)帶128b的數(shù)據(jù)存儲器。（4）

27、片內(nèi)帶4kb的程序存儲器。（5） 程序存儲器的尋址空間為64kb。（6） 片外數(shù)據(jù)存儲器的尋址空間為64kb。（7） 128個用戶位尋址空間。（8） 21個字節(jié)特殊功能寄存器。（9） 4個8位的并行i/o接口：p0、p1、p2、p3.（10） 兩個16位定時/計數(shù)器。（11） 兩個優(yōu)先級別的5個中斷源。（12） 1個全雙工的串行i/o接口，可多機通信。（13） 111條指令，含乘法指令和除法指令。（14） 片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)。（15） 有較強的位處理能力。（16） 采用單一+5v電源。 2.3.2 51單片機的基本組成及引腳相關(guān)功能mcs-51系列單片機雖然有多種芯片類型，但它們的基本組成相同

28、。單片機的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1。時鐘電路cpurom/epromram定時/計數(shù)器并行接口串行接口中斷系統(tǒng)圖2-1 mcs-51的基本結(jié)構(gòu) mcs-51系列單片機有40個引腳，用hmos工藝制造的芯片采用雙列直插式封裝。引腳圖如圖2-2所示。40個引腳按引腳功能大致可分為四個種類：電源、時鐘、控制和i/o引腳。1. 電源。 vcc - 芯片電源，接+5v； vss - 接地端； 注：用萬用表測試單片機引腳電壓一般為0v或者5v，這是標準的ttl電平。但有時候在單片機程序正在工作時候測試結(jié)果并不是這個值而是介于0v-5v之間，其實這是萬用表的響應(yīng)速度沒這么快而已，在某一個瞬間單片機引腳電壓仍保持在

29、0v或者5v。 2. 時鐘:xtal1、xtal2 - 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 3. 控制線:控制線共有4根。 ale/prog:地址鎖存允許/片內(nèi)eprom編程脈沖。 ale功能：用來鎖存p0口送出的低8位地址。 prog功能：片內(nèi)有eprom的芯片，在eprom編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 圖2-2 mcs-51單片機引腳圖 psen:外rom讀選通信號。 rst/vpd:復(fù)位/備用電源。 rst（reset）功能：復(fù)位信號輸入端。 vpd功能：在vcc掉電情況下，接備用電源。 ea/vpp:內(nèi)外rom選擇/片內(nèi)eprom編程電源。 ea功能：內(nèi)外rom選擇端。 vpp功能：片

30、內(nèi)有eprom的芯片，在eprom編程期間，施加編程電源vpp。 4. i/o線。 圖2-2 單片機引腳圖80c51共有4個8位并行i/o端口：p0、p1、p2、p3口，共32個引腳。 p3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。 5. p3口第二功能。 p30（rxd）：串行輸入口。p31（txd）：串行輸出口。 p32（int0）：外部中斷0（低電平有效）。 p33（int1）：外部中斷1（低電平有效）。 p34（t0）：定時計數(shù)器0。 p35（t1）：定時計數(shù)器1。 p36（wr）：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通（低電平有效）。 p37（rd）：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通（低電平

31、有效）。2.3.3 51單片機存儲器及中斷系統(tǒng)mcs-51單片機的存儲器結(jié)構(gòu)與一般微機的存儲器結(jié)構(gòu)不同，分為程序存儲器rom和數(shù)據(jù)計數(shù)器ram。程序存儲器存放程序、固定常數(shù)和數(shù)據(jù)表格，數(shù)據(jù)存儲器用作工作區(qū)及存放數(shù)據(jù)，兩者完全分開。程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器都有各自的尋址方式、尋址空間和控制系統(tǒng)。程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器從物理結(jié)構(gòu)上分為片內(nèi)和片外兩種。它們的尋址空間和訪問方式也不相同。數(shù)據(jù)存儲器在單片機中用于存取程序執(zhí)行時所需的數(shù)據(jù)。mcs-51系列單片機的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器除了ram塊外，還有特殊功能寄存器（sfr）塊。對于51子系列，前者有128字節(jié)，編址為00h-7fh；后者也占128字節(jié)，編址為8

32、0h-ffh；二者連續(xù)不重疊。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器按功能可以分成以下幾個部分：工作寄存器組區(qū)、位尋址區(qū)、一般ram區(qū)和特殊功能寄存器區(qū)，其中還包含堆棧區(qū)。00h-1fh單元為工作寄存器組區(qū)，共32個字節(jié)。工作寄存器也稱為通用寄存器，用于臨時存放8位信息。工作寄存器共有4組，稱為0組、1組、2組、3組、每組8個寄存器，依次用r0-r7表示。也就是說，r0可能表示0組的第一個寄存器，也可能表示1組的第一個寄存器，還可能表示2組、3組的第一個寄存器。使用哪一組當中的寄存器由程序狀態(tài)寄存器psw中的rs0和rs1兩位來選擇。20h-2fh為位尋址區(qū)，共16字節(jié)，128位。這128位每位都可以按位方式使用，每

33、一位都有一個位地址，位地址范圍為00-7fh。30h-7fh是一般ram區(qū)，也稱為用戶ram區(qū)，共80字節(jié)，對于52子系列，一般ram區(qū)從30h-ffh單元。另外，對于前兩區(qū)中未使用的單元也可以作為用戶ram單元來使用。堆棧是按先入后出、后入先出的原則進行管理的一段存儲器區(qū)域。在mcs-51單片機中，堆棧占用片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的一段區(qū)域，在具體使用時應(yīng)避開工作寄存器、位尋址區(qū)，一般在2fh以后的單元，為實現(xiàn)堆棧的先入后出、后入先出的數(shù)據(jù)處理，單片機中專門設(shè)置了一個堆棧指針sp。堆棧指針sp是一個8位特殊功能寄存器。它指向當前堆棧段得位置，mcs-51單片機的堆棧是向上生長型的，存入數(shù)據(jù)是從低端向高

34、端延伸，取出數(shù)據(jù)則相反。入棧和出棧數(shù)據(jù)是以字節(jié)為單位。入棧時先把sp指針的內(nèi)容加1，然后把數(shù)據(jù)存入sp指向的單元，出棧時先把sp指針指向單元的數(shù)據(jù)取出，然后把sp的內(nèi)容減1.復(fù)位時，sp的初值為07h，因此堆棧實際上是從08h開始存放數(shù)據(jù)。用戶也可以通過給sp賦值來改變堆棧的初始位置。特殊功能寄存器（sfr）也稱為專用寄存器，專門用于控制、管理片內(nèi)算術(shù)邏輯部件、并行i/o接口、串行口、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能模塊工作。用戶在編程時可以給其設(shè)定值，但不能移作他用。sfr分布在80h-ffh的地址空間，與片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。mcs-51單片機提供5個硬件中斷源：兩個外部中斷源int0（p3

35、.2）和int1（p3.3），兩個定時/計數(shù)器t0和t1的溢出中斷tf0和tf1；一個串行口發(fā)送t1和接收r1中斷。設(shè)計中用了兩個外部中斷。外部中斷源int0和int1的中斷請求信號從外部引腳p3.2和p3.3輸入，主要用于自動控制、實時處理、單片機掉電等。外部中斷請求有兩種觸發(fā)方式：電平觸發(fā)及邊沿觸發(fā)。這兩種觸發(fā)方式可以通過對特殊功能寄存器tcon編程來選擇。tcon的高四位用于定時/計數(shù)器控制，低四位用于外部中斷控制，it0和it1位為外部中斷0和外部中斷1的觸發(fā)方式控制位。設(shè)置0選擇為電平觸發(fā)方式；設(shè)置1選擇為邊沿觸發(fā)方式。邊沿觸發(fā)方式時，cpu響應(yīng)中斷后能夠由硬件自動將ie0（或ie1

36、）清零。對于電平觸發(fā)方式，cpu響應(yīng)中斷后不能夠由硬件自動將標志位清零。mcs-51單片機中沒有專門的開中斷和關(guān)中斷指令，對各個中斷源的允許和屏蔽是由內(nèi)部的中斷允許寄存器ie的各位來控制的。ie的最高位（ea）為中斷允許控制位。ea=0屏蔽所有中斷請求，ea=1開放中斷。ie的最低位（ex0）為外部中斷0的中斷允許控制位，ex0=0禁止外部中斷0中斷，ex0=1允許外部中斷0中斷；ie的第三位（ex1）為外部中斷1的中斷允許位。ex1=0禁止外部中斷1中斷，ex1=1允許外部中斷1中斷。mcs-51單片機5個中斷源可以通過內(nèi)部的中斷優(yōu)先級寄存器ip來設(shè)置，中斷優(yōu)先級寄存器ip的字節(jié)地址為b8h

37、，可以進行位尋址，如果某位被置1，則對應(yīng)的中斷源被置為高優(yōu)先級，對于同級中斷源，系統(tǒng)有默認的優(yōu)先權(quán)順序，默認優(yōu)先權(quán)順序下外部中斷0優(yōu)先級高于外部中斷1。通過中斷優(yōu)先級寄存器ip改變中斷源的優(yōu)先級順序可以實現(xiàn)兩個方面的功能：改變系統(tǒng)中斷源的優(yōu)先級順序和實現(xiàn)二級中斷嵌套。通過中斷優(yōu)先級寄存器組成的兩級優(yōu)先級實現(xiàn)二級中斷嵌套有以下三條規(guī)定：第一，正在進行的中斷過程不能被新的同級或低優(yōu)先級的中斷請求所中斷，直到該中斷服務(wù)程序結(jié)束，返回了主程序且執(zhí)行了主程序中的一條指令后，cpu才響應(yīng)新的中斷請求。第二，正在進行的低優(yōu)先級中斷服務(wù)程序能被高優(yōu)先級中斷請求所中斷，實現(xiàn)兩級中斷嵌套。第三，cpu同時接收到幾

38、個中斷請求時，首先響應(yīng)優(yōu)先級最高的中斷請求。這是此次設(shè)計中要用到的。外部中斷0的入口地址為0003h，外部中斷1的入口地址為0013h。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計原理 本設(shè)計利用所學電路知識,單片機知識和eda方面的知識設(shè)計一電子密碼鎖。目的是要有較高的安全性, 密碼位數(shù)高，錯誤提示,使用方便,顯示界面友好等特點。確定方案與原理框圖，設(shè)計出硬件線路，給出軟件程序。根據(jù)設(shè)計目的，本設(shè)計以單片機8051ah為核心，用單片機的通用i/o接口p1口組成一個44鍵盤作為輸入電路，用發(fā)光二極管和蜂鳴器作為指示和警報提示設(shè)計一個十位數(shù)字電子密碼鎖電路。密碼鎖的開鎖密碼應(yīng)是（0-9）中的十位數(shù)字

39、，密碼輸入完全正才確能控制開鎖裝置打開密碼鎖，并且指示燈亮；輸入的密碼錯誤則不能打開密碼鎖，并且發(fā)出聲音警報提示。采用單片機來完成此電路設(shè)計，硬件電路簡單，但是需要編程序來實現(xiàn)相應(yīng)功能。完成此密碼鎖設(shè)計主要有幾個方面問題需要解決：1、輸入的問題，輸入鍵中包含0-9十位數(shù)字鍵、一個刪除鍵（刪除上一個輸入的數(shù)字）、開鎖鍵、確認鍵、改密碼鍵和復(fù)位鍵；2、開鎖和改密碼的問題，密碼輸入正確了怎樣控制電路開鎖，密碼輸入不正確則不能開鎖，如何實現(xiàn)修改密碼，必須輸入了正確的密碼后才能修改密碼；3、設(shè)計出電路圖，編出程序，然后仿真，看是否能實現(xiàn)相應(yīng)功能。綜上所述，決定采用以下思路來完成十位數(shù)字密碼鎖電路的設(shè)計。

40、用單片機的p1口8根i/o接口線組成44鍵盤有16個按鍵，本設(shè)計用到其中11個鍵，這11個鍵包括0-9十個數(shù)字鍵和a（十）鍵，將a鍵用作確認鍵。此外，擬用單片機的外中斷0來用作刪除（刪除上一位輸入值），利用單片機的外中斷1來修改密碼，通過中斷優(yōu)先級寄存器ip把外中斷0的中斷優(yōu)先級順序設(shè)為高，這樣外中斷0優(yōu)先級高于外中斷1，所以即使在執(zhí)行外中斷1的中斷服務(wù)程序時可以利用中斷嵌套來響應(yīng)外中斷0，即當用戶修改密碼時一樣可以使用刪除鍵。這樣以來，刪除（刪除上一位輸入）程序和改密碼程序只需要寫作單片機的外中斷0和1的中斷服務(wù)程序即可。另外要注意的是，改密碼只能在輸入正確密碼后進行改密碼，所以外中斷1在輸

41、入正確的密碼時才允許中斷，也就是說必須先輸入正確的密碼后改密碼鍵才能有效，這時按改密碼鍵就可以進行密碼修改。如果在輸入了正確的十位密碼后的十秒時間內(nèi)沒有其他任何動作，那么密碼鎖將自動結(jié)束本次運轉(zhuǎn)，回到程序初始位置執(zhí)行等待輸入密碼，即用戶需在輸入正確密碼后的十秒時間內(nèi)執(zhí)行需要的操作開鎖或者修改密碼。最后，由于此設(shè)計的為十位數(shù)字密碼鎖，有十位密碼，密碼位數(shù)較多，所以使用一般的數(shù)碼管顯示電路已不能滿足要求，這里選用1602lcd顯示器作為顯示電路，這樣不僅能方便的顯示密碼，而且顯示界面更加友好，顯示內(nèi)容也可以更加豐富。本設(shè)計中設(shè)有復(fù)位鍵，實際運用中可以將復(fù)位鍵設(shè)在鎖內(nèi)，即開鎖后才能按到復(fù)位鍵，因為按

42、了復(fù)位鍵單片機將恢復(fù)默認設(shè)置，密碼也將恢復(fù)為默認密碼。當然復(fù)位鍵也可以不設(shè)，可以將單片機復(fù)位方式設(shè)為上電復(fù)位。總體設(shè)計框圖如第一章的圖1-1所示。單片機作為整個硬件系統(tǒng)的核心，它既是協(xié)調(diào)整機工作的控制器，又是數(shù)據(jù)處理器。整個系統(tǒng)由單片機、時鐘電路、復(fù)位電路等組成。本系統(tǒng)采用的8051ah單片機，它是一款mcs-51系列中的高性能單片機內(nèi)部自帶有4kb的flash存儲器及256kb ram單元的芯片，因此可以不需另外擴展eeprom及靜態(tài)ram就可以實現(xiàn)所需功能。單片機最小系統(tǒng)是軟硬件系統(tǒng)連接的橋梁。其中單片機最小系統(tǒng)的電路圖如圖3-1所示。單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種微操作的時間基準

43、，時鐘信號通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩和外部振蕩。mcs-51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳xtal1和xtal2分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內(nèi)部方式時，電路簡單，所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實際使用中常采用這種方式，如圖3-1所示在其外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式，片內(nèi)高增益反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構(gòu)成一個自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。圖3-1中c1和c2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為30pf左右，晶振頻率選12mhz。為了初始化單片機內(nèi)部的某些特殊功能寄存器，必

44、須采用復(fù)位的方式，復(fù)位后可使cpu及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始正常工作。單片機的復(fù)位是靠外電路來實現(xiàn)的，在正常運行情況下，只要rst引腳上出現(xiàn)兩個機器周期時間以上的高電平，即可引起系統(tǒng)復(fù)位，但如果rst引腳上持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位后系統(tǒng)將輸入/輸出(i/o)端口寄存器置為ffh，堆棧指針sp置為07h, sbuf內(nèi)置為不定值，其余的寄存器全部清0，內(nèi)部ram的狀態(tài)不受復(fù)位的影響，在系統(tǒng)上電時ram的內(nèi)容是不定的。復(fù)位操作有兩種情況，即上電復(fù)位和手動(開關(guān))復(fù)位。圖3-1中就是上電復(fù)位方式， r2和c3組成上電復(fù)位電路，其值r取為1k，c取為22f。圖3

45、-1 單片機最小系統(tǒng)3.2 鍵盤電路本設(shè)計用的按鍵較多，所以這里采用矩陣鍵盤，用了44矩陣鍵盤的16個鍵中的11個。矩陣鍵盤又叫行列式鍵盤，行列式鍵盤的特點是能減少鍵盤與單片機接口時所占用的i/o線的數(shù)目，使硬件資源得到合理利用，但判鍵速度慢，在按鍵比較多時，往往采用矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤的鏈接方法有多種，可以利用擴展的并行i/o接口線；可以利用可編程的鍵盤、顯示接口芯片進行連接、也可以直接連接于單片機的i/o接口線；利用擴展的并行i/o接口連接方便靈活，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中比較常用。這里直接用單片機的p1口連接，p1的低四位作為行線，高四位作為列線。第一行的首鍵碼就是0，第二行的首鍵碼是4，第

46、三行的首鍵碼是8，第四行首鍵碼是12。編碼情況如圖3-2所示。矩陣鍵盤的每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過一個按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結(jié)構(gòu)只需要n條行線和m條列線，即可組成具有nm個按鍵的鍵盤。在這種行列式矩陣鍵盤非鍵盤編碼的單片機系統(tǒng)中，鍵盤處理程序首先執(zhí)行等待按鍵并確認有無按鍵按下的程序段。當確認有按鍵按下后，下一步就要識別哪一個按鍵按下。對鍵的識別通常有兩種方法：一種是常用的逐行掃描查詢法；另一種是速度較快的線反轉(zhuǎn)法。矩陣鍵盤的工作過程可分為兩步；第一步是cpu首先檢測鍵盤上是否有鍵按下；第二步是識別哪一個鍵按下。對照圖3-2的44矩陣鍵盤，說明鍵盤的工作原

47、理。判斷鍵盤中有無鍵按下的處理方法是：由單片機i/o口向鍵盤送全掃描字，然后讀入行線狀態(tài)來判斷。其具體過程如下：先向p1口輸出#0f0h，把全部行線置為低電平，然后將列線電平狀態(tài)讀入累加器a中。如果有鍵按下，總會有一根列線電平被拉至低電平，從而使列輸入狀態(tài)不全為“1”否則則可判定無鍵按下。本設(shè)計中還用類似的方法將列線置為低電平，讀行線狀態(tài)，這樣用兩次讀得的結(jié)果判斷是否有鍵按下。具體設(shè)計方法在第四章中詳細介紹，這里先說明原理。辨別鍵盤中哪一個鍵被按下的處理方法是：將列線逐列置低電平后，檢查行輸入狀態(tài)來實現(xiàn)的，稱為逐列掃描。其具體過程如下：從p1.4開始，依次給列線送低電平（通過向p1口寫入掃描字

48、實現(xiàn)，然后讀入所有行線狀態(tài)，如果全為1，則所按下的鍵不在此列；如果不全為1，則所按下的鍵必在此列，而且是在此列與零電平行線相交的交點上的那個鍵。為求取鍵碼，在逐列掃描時，可用計數(shù)器或寄存器記錄下當前掃描的列號，檢測到第幾行有鍵按下，就用該行的首鍵碼加列號得到當前按鍵的編碼。本設(shè)計用到44矩陣鍵盤的16個鍵中的11個，這11個鍵如圖3-2中所示，圖3-2中還有5個鍵的另一端未連線，表示這5個鍵未被使用，為了方便理解鍵盤的組成原理于是將所有按鍵全部畫出，這樣更清楚地看到p1口被用作矩陣鍵盤的連接狀況。圖3-2 44矩陣鍵盤3.3 開鎖電路當密碼輸入后并經(jīng)過與約定的密碼對比后，如果輸入的密碼正確，那

49、么單片機將輸出開鎖信號給開鎖執(zhí)行機構(gòu)，才能開鎖。實際運用中，開鎖機構(gòu)一般就是利用電磁吸合原理構(gòu)成的電磁鎖，單片機輸出的微弱信號需要經(jīng)過驅(qū)動電路的放大處理后才能驅(qū)動電磁鎖吸合，從而達到開鎖的目的。開鎖電路如圖3-3所示。開鎖電路由驅(qū)動電路和開鎖兩級組成。由d5、r1、t10組成驅(qū)動電路，其中t10可以選擇普通的小功率三極管如9014、9018都可以滿足要求。發(fā)光二極管d5作為開鎖的提示，亮表示開鎖；開鎖電路由d6、c24、t11和電磁鎖組成。其中d6、c24是為了消除電磁鎖可能產(chǎn)生的反向高電壓以及可能產(chǎn)生的電磁干擾。t11可選用中功率的三極管如8050，電磁鎖的選用要視情況而定，但是吸合力要足夠

50、且有一定的余量。在本次設(shè)計中，著重于密碼鎖的核心部分的設(shè)計，為了簡明的講清設(shè)計原理和方便仿真調(diào)試，暫時用發(fā)光二極管和蜂鳴器來代替此部分電路，發(fā)光二極管亮時蜂鳴器不會響，表示開鎖；滅，表示沒有開鎖，并且蜂鳴器鳴響。 圖3-3 開鎖電路本設(shè)計中用發(fā)光二極管d1代替以上開鎖電路。電路中有兩個指示燈通過p0口的p0.0和p0.1驅(qū)動點亮，p0.0和p0.1在正常情況下均輸出高電平，p0.0口接開鎖鍵后接蜂鳴器并且通過反相器（非門）發(fā)光二極管d1，當密碼輸入正確時，會將p0.0口置為低電平，這樣按下開鎖鍵后d1會點亮，蜂鳴器不會鳴響，表示密碼輸入正確，開鎖；如果密碼輸入錯誤，p0.0口不會動作（繼續(xù)輸出

51、高電平），這樣，按下開鎖鍵后d1不會點亮并且蜂鳴器會鳴響。表示密碼錯誤不能開鎖。p0.1口接發(fā)光二極管d2并通過反相器（非門）接蜂鳴器，一般情況下，p0.1做電源指示燈作用，是常亮的，蜂鳴器也不會響，只有在改密碼錯誤時，p0.1會被置為低電平，指示燈d2熄滅，并且蜂鳴器會鳴響，表示修改密碼不成功。此部分電路圖如圖3-4所示。圖3-4 開鎖指示電路由于p0口在用作通用i/o接口輸出使用時需要外接上拉電阻才能使“1”信號正常輸出，所以圖3-5中的電阻r3和r4為上拉電阻，u2：a和u2：b是兩個非門，d3和d4兩個二極管起單向?qū)ㄗ饔茫琤uz1是蜂鳴器，kp為開鎖鍵。圖中左邊部分由電阻r1、r2、

52、電容器c1和復(fù)位按鍵ks組成按鍵復(fù)位電路。為了使用proteus進行仿真時方便，所以使用了按鍵復(fù)位方式，當然復(fù)位電路也可以設(shè)計成為上電復(fù)位方式，上電復(fù)位方式的電路如圖3-2中所示。3.4 顯示電路由于密碼位數(shù)較多，所以顯示電路選用字符型液晶顯示模塊rt-1602來顯示，設(shè)計中l(wèi)cd的8位雙向數(shù)據(jù)口連接單片機的p2口，rs連接單片機的p0.5，rw連接單片機的p0.6，使能端e連接單片機的p0.7。需要注意的就是p0口需要外接上拉電阻。連接情況如圖3-6中所示。下面簡單介紹下rt-1602的功能及使用方法。液晶顯示器型號為1602，意思是每行顯示16個字符，一共可以顯示兩行。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（rom)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“a”的代碼是01000001b（41h），顯示時模塊把地址41h中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“a”。 因為1602識別的是ascii碼，試驗可以用ascii碼直接賦值。1602液晶的引腳圖如圖3-5所示。圖3-5 1602液晶顯示器引腳圖接口說明如下：1、液晶1，2端為電源；vss，電源地；vdd，+5v電源。2、液晶3端為液晶對比度調(diào)節(jié)端，通過一個10k歐姆電位器接地來調(diào)節(jié)液晶顯示對比度。首次